路器二次控制回交直流断路的比较

路器二次控制回交直流断路的比较

陈奕海

（中国南方电网超高压输电公司广州局广州市510405）

摘要：本文介绍了西门子500kV交流断路器和800kv直流断路器在±800kV穗东换流站的应用情况及其二次控制回路的特点，比较了交流和直流两种断路器在二次控制回路的异同，并对交直流西门子断路器的控制回路的差异进行了重点探讨。

关键词：西门子断路器；控制回路；比较分析

0概述

±800kV穗东换流站是云广特高压直流输电工程的受端站。其500kV交流场共有27组弹簧储能SF6断路器，其中杭州西门子生产的有9组，用于出线间隔和站用变间隔，其余皆为德国西门子生产。800kv直流场共有断路器7台，其中4台为阀组旁路开关，1台高速接地开关，2台为中性母线开关，均为德国西门子所产的液压机构SF6断路器。由于交流和直流本身存在差异，故两者在二次控制回路上存在着不同的地方。

1.西门子断路器控制回路特点

1.1交流断路器

西门子交流断路器二次控制回路主要包括合闸回路、双分闸回路、SF6压力闭锁回路、三相不一致动作回路、断路器信号回路、电机回路和电机控制回路等几部分。其中分、合闸回路均采用三相对称的控制回路，并有远方/就地切换按钮S8可以进行远方/就地控制的切换。分闸回路有两路，以确保在线路故障时能及时跳闸，切除故障线路，保证电网的安全运行。合闸回路上并联有防跳回路，并设有了SF6压力闭锁回路，同时针对三相交流电的特点设置了三相不一致回路。

1.2直流断路器

由于直流场电压等级较高，西门子直流断路器分、合闸控制回路均采用了双重回路，以提高可靠性，与交流场断路器不同的是，直流断路器的防跳回路并联在分闸回路上。由于直流断路器采用的是液压机构，故在控制回路中有氮气及油压的压力闭锁回路，这也是交流断路器所没有的[1]。

2西门子交直流断路器控制回路异同

2.1防跳回路

当交流断路器合闸于故障线路，则保护装置起作用使断路器跳闸，若此时合闸信号因故障或人为原因未消失，则断路器重新合闸，后又继续跳闸，造成断路器的“跳跃”现象，容易造成断路器损坏。防跳回路则是防止断路器的这种“跳跃”。西门子断路器防跳回路分析如下：

主控室发出合闸命令后，由于此时断路器处于分闸位置，节点63-64未闭合，防跳继电器K75不励磁，合闸线路正常导通，合闸线圈动作使断路器正常合闸，合闸后由于断路器处于合闸位置，故节点63-64闭合，若此时合闸信号由于节点粘连或者人为原因未消失，则防跳继电器K75所在回路有正电压，K75被励磁，其所控制节点61-62断开，切断合闸回路，同时节点13-14闭合，实现K75的自保持。若此时线路上出现故障使断路器跳闸，跳闸后由于合闸回路已被K75闭锁，故即使合闸信号因故障未消失也不会出现断路器的“跳跃”现象[2]。

直流场断路器的防跳原理为：断路器收到分闸命令，若分闸后线路出现故障，断路器重新合闸以排除故障电流，若此时分闸命令因故障未消失，则断路器将重复分合闸的过程，造成断路器“跳跃”。设置防跳回路后，断路器在合闸后将闭锁分闸回路，使断路器合闸后不再分闸。其电气回路分析如下：

当阀组解锁时对旁路开关发出分闸命令，此时由于开关处于合位，故S1控制的节点223-224闭合，节点51-52分开，防跳继电器K7不动作，若线路出现故障，分闸后保护动作使开关合闸，此时由于分闸后开关处在分位，故节点51-52闭合，若分闸信号因故障未消失，则K7继电器所在回路有正电压，K7被励磁，其所控制的节点9-97断开，切断总闭锁继电器K12所在回路，使K12失磁，则K12控制的节点13-14断开，切断跳闸回路，使断路器无法跳闸，防止“跳跃”现象。

以上交直流断路器的防跳回路的动作原则可以总结交流场断路器是“合闸时防合”，直流场断路器是“分闸时防分”。

2.2三相不一致回路

在交流断路器控制回路中，针对开关三相动作的特点设置了三相不一致回路。当开关的三相动作不一致比如合闸时B、C相正确合闸，而A相因故未合时，三相不一致回路将动作使线路跳闸，切除故障。三相不一致回路是利用辅助节点会伴随开关状态的变化而变化这一特点设计的。当开关的状态发生变化时，位置节点的闭合必然伴随着右侧三个节点的断开，回路无法导通。当三个开关中有一至两个没有正确动作时，则会出现左右两侧的辅助节点出现动作不对称的情况，使跳闸线圈动作。

直流断路器由于为单相结构，因此未设置三相不一致回路。

2.3压力闭锁回路

直流断路器采用高压氮气对液压机构进行储能，其油压闭锁回路与SF6压力闭锁回路动作原理相似，当压力监控装置B2所检测到的压力值低于设定值时，所对应的继电器动作，对分合闸回路进行闭锁。以合闸闭锁回路为例，当压力值低于定值时，压力监控装置B2动作使油压低合闸闭锁继电器K3所在回路导通，K3被励磁，其所控制的节点动作断开，切断合闸总闭锁继电器K10所在回路，使K10无法被励磁，从而切断了合闸控制回路，阻止断路器合闸。分闸闭锁回路原理与合闸相似。

氮气泄露闭锁信号的电气回路的分析涉及到了油泵打压回路和氮气泄露闭锁回路，其动作原理分析如图1：

图1氮气泄漏信号动作原理图

图1左侧为高压油，右侧为氮气。当压力监控装置监视到高压油压力低于定值时，油泵打压回路动作，使打压时间继电器K15被励磁，从而使节点15-18闭合，导致打压电机控制继电器K9被励磁，K15动作时间只有3秒，3秒后，K15与K9不励磁，打压机不再打压。若此时氮气含量充足，则在打压过程中图1的活塞不会碰到右侧的底板，保证了高压油的压力不会超过355bar，氮气泄露闭锁回路不动作，高压油按上述过程打压结束。若氮气泄露到一定程度，在打压的3秒内，由于氮气已泄露，活塞碰到突出的底板无法再向氮气方向移动，而高压油又是不可压缩的，因此在这3秒内高压油的压力很快达到定值，当油压监视装置监视到的压力大于定值时，其控制的节点4-6闭合，漏氮闭锁继电器K81所在回路被导通，K81励磁，节点10-12断开，切断分闸回路，同时节点10-11闭合，漏氮延时闭锁继电器K14所在回路导通，K14延迟3h后动作，切断合闸继电器K10所在回路，形成闭锁。

参考文献：

[1]刘永兴.断路器操作回路中防跳继电器灵敏度的选择[J].电力系统保护与控制，2009，09：116-119.

[2]翟晓满，杨仁刚，李忠有.交流防跳回路工程实用设计方案[J].继电器，2006，24：60-61+75.

作者简介：

陈奕海，大学本科，助理工程师，于南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局任职，研究方向为电力系统及换流站运维技术。